[发明专利]基于伪卫星的变形监测方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑物变形监测技术领域，涉及一种基于伪卫星的变形监测方法。

背景技术

在自然界中建筑物会在各种因素的影响作用下，其形状，大小，位置会在时域空间中发生变化，如高层建筑物的摆动，大坝变形等。而当变形量超过变形体所能承受的允许范围时，则会给人类的生产生活带来严重灾难。因此对物体进行变形监测具有重要意义。

在建筑物变形监测技术中，传统的方法主要有地面观测监测技术，其主要是以经纬度，全站仪，水准仪等大地测量技术为主，但不易实现自动化，测量效率低。随着GPS全球定位系统的广泛发展与应用，也给变形监测技术带来了一场深刻的革命。GPS变形监测方法主要有如下优点：精度高，监测不受天气条件限制可进行全天候监测，且监测记录计算过程全自动完成，确保了监测成果的客观性及可靠性，同时又减少了监测人员的劳动强度。但GPS变形监测方法受本身一些因素的影响，在垂直方向上的测量误差通常为水平方向的2～3倍；并且在水电工程深山峡谷等遮蔽严重的区域，GPS测量精度会迅速下降，甚至完全无法测量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于伪卫星的变形监测方法，该方法用伪卫星代替GPS中的卫星来实现建筑物变形监测，不仅能继承GPS变形监测方法的优点，同时能克服其在遮蔽严重区域无法监测的缺点，实现高精度的三维监测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

由4颗伪卫星组成地面伪卫星系统，其中一颗作为参考基站，参考基站发射同一伪码调制的不同载波频率的基准扩频调制信号，其电路包括伪码生成器，本地振荡器，扩频调制电路，上变频电路，带通滤波电路，功率放大电路等，产生2路频率不同的基准扩频调制信号，经发射天线发射出去，一路只发向观测点，另一路发向观测点以及其它3颗伪卫星。

3颗伪卫星接收来自参考基站的其中一路基准扩频调制信号，经延迟放大处理后转发给观测点。放大电路用于消除系统中的远近效应，延迟电路用于使观测点收到的各路扩频调制信号的伪码相位差大于一个码片宽度，以便相互区别。延迟电路有两种实现方法，分别在射频和中频位置实现相参转发；射频相参转发延迟电路可以使用声表面波线或者光纤延迟线电路实现；中频相参转发可以使用数字射频存储技术实现。

观测点接收到来自参考基站和另外3颗伪卫星的信号，经载波恢复电路，伪码恢复电路，相关解扩电路以及鉴相器计算出任意一颗伪卫星与参考基站之间的载波信号相位差，再通过线性方程组利用这几个相位差算出观测点的3维形变。

具体来说，本发明提供了一种基于伪卫星的变形监测方法，包括以下步骤：步骤一：设置一颗伪卫星作为参考基站，设置其他三颗伪卫星与作为参考基站的伪卫星组成地面伪卫星系统；步骤二：在被监测建筑物上设置观测点；步骤三：通过参考基站发射基准扩频信号，其他的伪卫星接收来自参考基站的基准扩频信号进行延迟、放大并向观测点转发；步骤四：被监测建筑物上的观测点接收来自参考基站和其他伪卫星的信号，先恢复出参考基站的伪随机码信号，将此伪随机码与接收到的多路混合扩频信号做相关运算，恢复出参考基站的载波信号C_r，将伪随机码分别延迟后，再与多路混合扩频信号做相关运算，恢复出其他3颗伪卫星的载波信号C₁，C₂，C₃；使用鉴相器组监测出C₁，C₂，C₃与C_r之间的相位差，通过这几个相位差的变化来计算出观测点的三维形变。

进一步，在步骤三中，由作为参考基站的伪卫星发射同一伪码调制的不同载波频率的两路基准扩频信号，频率分别为f_RF1和f_RF2，其中频率为f_RF1的基准扩频信号用于观测点恢复伪码信号，另外三颗伪卫星只接收来自参考基站的频率为f_RF2的基准扩频信号进行延迟放大再转发给观测点。

进一步，在步骤四中，观测点接收到来自参考基站和另外3颗伪卫星的信号，经过处理计算后得到任意一颗伪卫星与参考基站之间载波信号的相位差，再通过线性方程组利用相位差计算出观测点的三维形变。